高度判断能力と応用拡張性を持つ先端半導体製造ライン向けＡＩ画像検査技術の研究開発

所属: 株式会社BFAIセミコンダクタソリューションズ

報告者: 長島剛宏
報告日: 2026-02-19

目次

1. 研究開発の背景と目的
2. 実施内容
   1. 【１－１】教師なし学習に基づく異常判定機能の設計
      1. 文献調査
      2. モデル検証計画
      3. モデル検証環境
   2. 【１－２】欠陥箇所の可視化機能の設計
3. まとめと今後の計画

1. 研究開発の背景と目的

背景

半導体の品質検査は現在、人の目に頼る部分が多く、検査の速度と精度に限界

研究の目的

• AI画像検査技術により人間を上回る高精度化
• 製品仕様やデザイン変更などに対応し得る汎用化

2. 実施内容

i. 【１－１】教師なし学習に基づく異常判定機能の設計

a. 文献調査（1/3）— 手法調査

WE-PaDiM (Gardner et al., 2025)

• PaDiM に離散ウェーブレット変換（DWT）を統合した改良版
• MVTec AD で Image-AUC 99.32%、Pixel-AUC 92.10%
• 産業用異常検知に特化、PaDiM と同等の推論効率
• 課題: ライセンスファイル未提供、商用利用不可（推定）

PaDiM-ACE (Ibarra & Peeples, 2025)

• PaDiM に Adaptive Cosine Estimator を導入した改良版
• 合成開口レーダー（SAR）画像向けに特化、有界異常検知スコアの提供
• 課題: 半導体製造とは異なるドメイン、性能スコア未記載

a. 文献調査（2/3）— 半導体製造向け論文

Huang & Pan (2015)

• 半導体製造における自動外観検査（AVI）技術の初期総説
• ウェーハ・パッケージ・マスク検査などの応用領域を網羅
• 課題: 微細化に伴う欠陥の多様化、照明条件のばらつき、リアルタイム処理の制約

Hütten et al. (2024)

• 製造業・保全分野における深層学習 AVI の最新サーベイ
• CNN・GAN・Transformers 等の主要アーキテクチャ別に分類・分析
• 課題: 実運用での一般化・ドメイン適応・データアノテーション負荷

a. 文献調査（3/3）— 半導体製造向け論文

Schlosser et al. (2022)

• 多段 DNN によるハイブリッド検査システムの提案
• F1 スコア・再現率が単一ネットワーク構成より有意に向上
• 実製造ラインへの適用可能性を実証

Barusco et al. (2025)

• PaDiM・PatchCore・CFA・DRAEM 等の比較評価
• PatchCore 系が高精度かつ高速で実用的
• 産業応用における評価ベンチマークの重要性を強調

b. モデル検証計画

MIIC データセット概要

• MIIC（Manufacturing Industrial Inspection Challenge）
• 製造業向け外観検査AIの性能評価を目的としたベンチマークデータセット
• 半導体 IC の電子顕微鏡（SEM）グレースケール画像
• 実製造ラインに近い撮像条件を反映
• 正常画像: 25,160 枚 / 異常画像: 116 枚

検証対象モデル

• モデルは付録 A-1 参照

評価指標: AUROC, AUPRC, F1-Score

c. モデル検証環境

AI モデルの性能を評価・比較する環境

概要

コード提出 → GPU 学習・評価 → 結果可視化の自動パイプライン

主要機能

• コード受付、非同期ジョブ実行、計算結果管理

ii. 【１－２】欠陥箇所の可視化機能 — 現在設計中

異常検知モデルの出力を活用した以下の可視化手法を予定

• Anomaly Heatmap — 各ピクセルの異常スコアのカラーマップ表現
• Segmentation Mask — 閾値処理後の 2 値マスクによる
  NG 領域の面積・重心算出
• Overlay Image — 元画像へのヒートマップ重畳、
  現場説明・レポート用途
• Bounding Box — ヒートマップからの外接矩形抽出、
  外観検査 UI 向け

まとめと今後の計画

これまでの成果

• 最新の AI 画像検査技術を調査
• 半導体検査に有望な手法を選定
• 半導体画像での検証計画を策定
• 手法の性能を客観的に比較する計算基盤構築

今後の計画

• 選定した手法の半導体画像での検証
• 手法、モデルの改良
• 異常箇所の可視化
• 実製造ラインへの適用に向けた課題整理

付録 A-1: 検証対象 10 モデル一覧（1/2）

付録 A-2: 検証対象 10 モデル一覧（2/2）